СПЛАВ НА ОСНОВЕ МАГНИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2002 года по МПК C22C23/00 

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены магниевые сплавы в качестве легкого высокотехнологичного конструкционного материала.

Известен сплав на основе магния марки МА8 следующего химического состава, мас.%:
Мn - 1,3-2,2
Се - 0,15-0,35
Mg - Остальное [1]
Сплав применяется в конструкциях авиационных дверей, кресел, деталях оформления салона пассажирских самолетов.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе магния марки МА20 следующего химического состава, мас.%:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,05-0,12
Се - 0,15-0,25
Mg - Остальное [2]
Из этого сплава изготавливают конструкционные детали несилового набора планера: облицовочные панели, панели интерьера салона самолета и т.д.

Основными недостатками известных сплавов являются: невысокий уровень технологической пластичности и прочностных свойств. Из известных сплавов невозможно изготовить тонкостенные изделия сложной конфигурации.

Технической задачей изобретения является повышение технологической пластичности и прочностных свойств сплава и возможность изготовления из него тонкостенных деталей сложной конфигурации.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, церий и дополнительно содержащий не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
Не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное
и изделие, выполненное из него.

Предлагаемый сплав может быть применен для изготовления несиловых тонкостенных изделий сложной конфигурации для планера пассажирских самолетов, таких как: панели обслуживания, подлокотники кресел, окантовка пилотской кабины, декоративные панно и т.д.

Такие изделия с развитой поверхностью получают методом сверхпластической формовки (СПФ). Сплавы, пригодные для СПФ, должны обладать мелкозернистой структурой.

Из литературных данных следует, что повышение содержания циркония в магниевом сплаве при горячей деформации может вызывать появление так называемых "прожилок", состоящих из α-Zr [3]. Это приводит к ухудшению технологических и механических свойств деформированного полуфабриката. В предлагаемом сплаве предусмотрено наряду с повышением содержания циркония снижение количества церия (до 0,05-0,10 мас.%) и введение не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm в определенных соотношениях.

Наличие этих редкоземельных металлов (РЗМ) способствует образованию в структуре предлагаемого сплава интерметаллидов типа Mg₉X, где Х - РЗМ.

Авторами установлено, что введение в определенных соотношениях РЗМ инициирует в сплаве процесс образования мелкодисперсных цинк-циркониевых соединений вместо нежелательной фазы α-Zr. Морфология и характер распределения этих фаз в структуре предлагаемого сплава таковы, что рост зерна в процессе горячей деформации блокируется. Мелкозернистая равноосная структура с хаотически равномерно распределенными мелкодисперсными вторичными фазами существенно улучшает и технологические, и прочностные свойства сплава.

На чертеже показана микроструктура листов толщиной 1,5 мм: а) - предлагаемого сплава; б) - сплава - прототипа.

Сплав был отлит в газовом горне с применением флюса ВИ-2. Масса плавки составляла 15 кг. После механической обработки плоские слитки толщиной 38-40 мм были отгомогенизированы и прокатаны на листы толщиной 1,7-2,0 мм на стане Дуо по известной технологии.

Методом пневмоформовки на прессе усилием 750 тс из листовых заготовок были получены тонкостенные модельные изделия сложной конфигурации. Изучены их свойства.

В результате испытаний на растяжение стандартных образцов предлагаемого сплава и сплава прототипа при варьировании скоростей деформации от 1,3•10^-1 до 1,5•10^-4 с^-1 и в интервале температур 250-450^oС установлены оптимальные технологические параметры деформации. Рассчитаны основные критерии оценки способности сплавов к СПФ: коэффициент скоростной чувствительности m и величина относительного удлинения δ при оптимальной температуре деформации (таблица). В таблице приведены химические составы предлагаемого сплава (с граничными и средним содержанием компонентов) и сплава - прототипа, а также их механические и технологические свойства.

Анализ результатов испытаний механических и технологических свойств, представленных в таблице, свидетельствует о преимуществах предлагаемого сплава. Предлагаемый сплав превосходит сплав - прототип по всем рассмотренным свойствам:
- по пределу прочности на 10-14,5%,
- по пределу текучести на 28,7-34,7%,
- по коэффициенту скоростной чувствительности m на 38-45%,
- по относительному удлинению при оптимальных параметрах деформации в 1,16-1,3 раза.

Применение нового сплава позволяет получать изделия стойким сечением и сложной геометрией с максимальной точностью и высокими механическими свойствами.

Применение предлагаемого сплава позволит снизить себестоимость изделий, повысить коэффициент использования металла, улучшить эксплуатационную надежность и увеличить ресурс изделий.

Источники информации
1. Справочник "Магниевые сплавы", том 1 "Металловедение магния и его сплавов. Области применения". Под ред. М.Б. Альтмана, М.Е. Дрица, М.А. Тимоновой и др., М., Металлургия, 1978 г., с. 103.

2. ГОСТ 14957-76, с.3.

3. Е. Ф. Эмли "Основы технологии производства и обработки магниевых сплавов". М., Металлургия, 1972 г., с. 154.

Изобретение относится к области машиностроения и авиастроения, где могут быть применены магниевые сплавы в качестве легкого высокотехнологичного конструкционного материала при изготовлении тонкостенных изделий сложной конфигурации. Технической задачей изобретения является повышение технологической пластичности и прочностных свойств сплава и возможность изготовления из него тонкостенных деталей сложной конфигурации. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе магния, содержащий компоненты при следующем соотношении, мас.%: Zn 1,0-1,5, Zr 0,15-0,30, Сe 0,05-0,10, не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm 0,10-0,15, Mg - остальное, и изделие, выполненное из него. Применение предлагаемого сплава позволит снизить себестоимость изделий, повысить коэффициент использования металла, улучшить эксплуатационную надежность и увеличить ресурс изделий. 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Сплав на основе магния, содержащий цинк, цирконий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
Не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное
2. Изделие из сплава на основе магния, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Zn - 1,0-1,5
Zr - 0,15-0,30
Се - 0,05-0,10
не менее одного элемента из группы Nd, La, Pr, Sm - 0,10-0,15
Mg - Остальное